Pudło klapowe w różnych warunkach klimatycznych

Pudło klapowe w różnych warunkach klimatycznych

OPAKOWANIA PAPIEROWE
Pudło klapowe
w różnych war unkach klimatycznych
Sl o t t ed - ty pe Box in Variou s C l imate C on d itions
K R Z YS Z T O F G ŁO WA C K I
Przedstawiono wyniki badań odporności na zgniatanie (BCT)
pudeł z tektury falistej klimatyzowanych w różnych warunkach
klimatycznych. BCT zależy od zawartości wilgoci w papierze.
Słowa kluczowe: zawartość wilgoci, opakowanie, tektura
falista
There were presented the results of investigations of resistance
on pressure (BCT) of corrugated board boxes in dependence on airconditions. The BCT depends from moisture content in paper.
Keywords: moisture content, packaging, corrugated board
Rys. 1. Wykrój i kształt badanego pudła
O p a k o w a n i a z t e k t u r y f a l i s t e j
Opakowania z tektury są powszechnie stosowanym wyrobem
przemysłu papierniczego ze stałą tendencja wzrostową. Towary
o niewielkich wymiarach pakowane są w pudła z tektury litej, a duże
gabarytowo – w pudła z tektury falistej. Pudła z tektury falistej są
wykorzystywane także jako opakowania zbiorcze. Aby obniżyć
koszty transportu, umieszczane są z reguły na drewnianych
europaletach o znormalizowanych wymiarach 800x1200 mm.
W celu maksymalnego zapełnienia palety należy produkować pudła
o wymiarach będących wyrazami ciągu podzielników wymiarów
palety, tak aby zostawić odstęp ok. 20-30 mm od jej krawędzi.
Pierwsze zalecane wyrazy tego ciągu w mm to: 1140, 760, 570,
380, 285, 253, 228, 190, 171, 152, ........., 9.
FEFCO (Europejska Federacja Producentów Tektury Falistej)
opracowała katalog podstawowych wzorów opakowań tekturowych. Zastępuje on skomplikowane opisy konstrukcji opakowań
z tektury (litej i falistej) prostymi symbolami powszechnie zrozumiałymi w skali międzynarodowej. Katalog ten jest dostępny na
stronie: www.fefco.org.
Przedmiotem badań było pudło klapowe z tektury falistej
– o symbolu 0201 wg katalogu FEFCO – o wymiarach (L×B×H):
297×200×205 mm (rys. 1). Wykonane było z tektury falistej
z falą typu B o wysokości 2,61 mm i podziałce 6,36 mm. Obie
warstwy pokryciowe – wierzchnia i spodnia – były wykonane
z tego samego papieru o gramaturze 135 g/m2, z masy siarcza-
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 69 · MARZEC 2013
nowej, a warstwa pofalowana – o gramaturze 120 g/m2 – z masy
makulaturowej bielonej.
W czasie swojego życia pudła przechodzą długą drogę, podczas
której znajdują się w warunkach klimatycznych różniących się
wilgotnością względną powietrza i temperaturą. Papier można
traktować jako otwarty układ termodynamiczny suchej masy
włókien zbudowanych głównie z celulozy i pary wodnej. Ma
strukturę otwartą i więcej niż połowę jego objętości zajmują wolne
przestrzenie wypełnione gazami: powietrzem i parą wodną. Gaz
w papierze porusza się ruchami termicznymi ze średnią prędkością, w przypadku cząsteczki wody – ok. 300 m/s. W papierze
drgają termicznie cząsteczki celulozy i gdy przypadkowo chwilowa
prędkość grupy –OH w polimerze celulozy będzie równa prędkości
cząsteczki wody, to między nimi wytworzy się wiązanie wodorowe i woda będzie absorbowana przez papier. Cząsteczki wody
przyłączają się do cząsteczek celulozy aż do osiągnięcia równowagi termodynamicznej. Przy zmianie temperatury i wilgotności
powietrza papier albo adsorbuje albo desorbuje wodę i powstaje
nowa równowaga termodynamiczna z inną zawartością wilgoci
w papierze. Zawartość ta zależy od wszystkich poprzednich stanów
równowagi i od tego, czy bieżący stan równowagi został osiągnięty
w wyniku adsorpcji czy desorpcji.
Mgr K. Głowacki, Politechnika Łódzka, Instytut Papiernictwa i Poligrafii,
ul. Wólczańska 223, 90-924 Łódź
155
OPAKOWANIA PAPIEROWE
Tabela 2. Zalecane warunki klimatyczne dla celów klimatyzacji
Warunki klimatyczne
A
B
C
D
E
F
G
H
J
K
L
M
Rys. 2. Zawartość wilgoci w papierze w zależności od jego względnej
wilgotności równowagowej, dla przypadków granicznych MC(1)=0,25
i MC(1)=0,3
Zawartość wilgoci w papierze (MC) zależy od równowagowej
wilgotności względnej (ERH) i można ją opisać wzorem (5, 6):
[1]
gdzie: B, C, n są parametrami teorii Roundslay’a.
Zakładając, że dla wilgotności względnej powietrza RH=50%
zawartość wilgoci w papierze wynosi 0,055 g/g przy adsorpcji
oraz 0,075 g/g przy desorpcji, można obliczyć parametry w równaniu [1].
Tabela 1. Parametry równania [1]
MC(1)
n
Adsorpcja
Desorpcja
Adsorpcja
Desorpcja
0,25
0,25
0,3
0,3
8,6
6,1
10,4
7,5
B
C
0,029
0,04
0,029
0,04
18,4
13,0
20,8
16,5
Od zawartości wilgoci w papierze zależne są jego właściwości
mechaniczne. Papier suchy jest kruchy. Mimo wysokiej wytrzymałości na ściskanie i rozciąganie, konstrukcja z papieru przy
niewielkim już odkształceniu ulega zniszczeniu. Ze wzrostem zawartości wilgoci papier staje się bardziej elastyczny, lecz zmniejsza
się jego wytrzymałość na ściskanie i na rozciąganie. Znajduje to
swoje odbicie w wytrzymałości opakowań na ściskanie.
Podstawowe definicje wskaźników charak ter yzujących odporność na nacisk
RH – wilgotność względna powietrza – jest to stosunek rzeczywistej masy pary wodnej w powietrzu do masy pary wodnej w powietrzu nasyconym w ustalonej temperaturze i ciśnieniu. Miarą
RH jest ułamek, często wyrażony w procentach. Tak zdefiniowana
RH jest równoważna ze stosunkiem ciśnienia cząstkowego pary
wodnej do ciśnienia cząstkowego w powietrzu nasyconym.
156
Temperatura, °C
-55
-35
-18
+5
+20
+20
+23
+27
+30
+40
+40
+55
Równowagowa
wilgotność względna
- ERH, %
nieokreślona
nieokreślona
nieokreślona
85
65
90
50
65
90
nieregulowana
90
30
ERH – równowagowa wilgotność względna papieru – jest to taka
wilgotność względna powietrza, z którą papier jest w równowadze
termodynamicznej. Równowaga termodynamiczna oznacza, że nie
zmienia się temperatura ani masa, papier ani nie pochłania pary
wodnej z otoczenia ani nie oddaje zawartej w nim wilgoci otoczeniu.
Miarą ERH jest ułamek (4).
MC – zawartość wilgoci – jest to udział wody w papierze w stosunku do jego suchej masy. Zawartość suchej substancji w papierze oznacza się susząc papier w temperaturze 105°C±2°C do stałej
masy. Miarą MC jest ułamek często wyrażany w g/g, w którym
w liczniku jest masa wody wyrażona w gramach, a w mianowniku
masa suchej substancji papieru również wyrażona w gramach. Tak
zdefiniowana zawartość wilgoci jest używana w opisie procesów
sorpcji i desorpcji wilgoci w papierze (1), bowiem otrzymywane
wzory są prostsze niż gdy definiuje się zawartość wilgoci jako
udział wody w papierze do masy całkowitej papieru, zgodnie
z normą PN ISO 287:1994 (2).
BCT – odporność opakowania transportowego na nacisk. Miarą
BCT jest jednostka siły (N). Aby zmierzyć BCT należy umieścić
opakowanie między płytami prasy, z których jedna, poruszająca
się ze stała prędkością względną 10 mm/min ±3 mm/min,
wywiera nacisk na pudło. Na początku badania obie płyty prasy
muszą być równoległe, aby całe opakowanie było równomiernie
obciążane (3).
Klimatyzowanie opakowań
O�����������������������������������������������������������
pakowania z zawartością są piętrzone na europaletach. Przebywają w takim stanie dość długo i dodatkowo podczas transportu poddawane są zmieniającym się warunkom klimatycznym.
Opakowanie ułożone bezpośrednio na palecie jest poddawane
długotrwałemu stałemu naciskowi pudeł ułożonych wyżej. Ocenia
się, że z tego powodu w czasie 100 dni traci ono przeciętnie połowę
pierwotnej wytrzymałości na zgniatanie. Aby ocenić wpływ zmiennych warunków klimatycznych na opakowanie, przeprowadza się
badania wytrzymałościowe pudeł klimatyzowanych w warunkach
podanych w tabeli 2.
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 69 · MARZEC 2013
OPAKOWANIA PAPIEROWE
Rys. 3. Zależność siły nacisku i odkształcenia dla pudła wyjętego z suszarki oraz kierunki wyboczenia ścian bocznych; ERH=0%, MC=0 g/g,
BCT= 2000 N
Rys. 5. Zależność siły nacisku i odkształcenia dla pudła w warunkach
znormalizowanych oraz kierunki wyboczenia ścian bocznych; ERH=50%,
MC=0,065 g/g, BCT= 1700 N
Rys. 4. Zależność siły nacisku i odkształcenia dla pudła w warunkach
zimowych oraz kierunki wyboczenia ścian bocznych; ERH=20%,
MC=0,045 g/g, BCT= 2112 N
Rys. 6. Zależność siły nacisku i odkształcenia dla pudła wyjętego z komory nawilżania oraz kierunki wyboczenia ścian bocznych; ERH=95%,
MC=0,14 g/g, BCT=1700 N
Opakowania klimatyzuje się w takich komorach klimatycznych, aby powietrze miało swobodny dostęp do co najmniej 75%
powierzchni wiek i boków. Zgodnie z normą, czas klimatyzacji
wynosi: 4 h, 8 h, 16 h, 24 h, 48 h, 72 h, 1 tydzień, 2 tygodnie, 3
tygodnie lub 4 tygodnie.
warstw. Wtedy pudło stojące na palecie jest obciążone 6 pudłami.
Jeżeli pudło jest przez dłuższy czas składowane w warunkach
o wysokiej wilgotności względnej, to, przy założeniu spadku jego
wytrzymałości na ściskanie o 50%, masa jego zawartości może
wynosić do 10 kg, bez obawy o jego zniszczenie.
Badanie w y trzymałości opakowań na ściskanie
LITERATURA
Klimatyzowane opakowania były poddane badaniom wytrzymałości na ściskanie (BCT). Na rysunkach 3-6 przedstawiono
zależności siły i odkształcenia oraz sposób wyboczenia ścian
pudła w chwili zniszczenia.
Wnioski
Badania wytrzymałości pudła na ściskanie pokazują, że największą wytrzymałość posiada pudło przy wilgotności względnej
powietrza RH=20%. Pudła wyjęte z suszarki stają się kruche
i mają mniejszą wytrzymałość na ściskanie. Wzrost zawartości
wilgoci w pudle powoduje spadek jego wytrzymałości. Badane
pudło ma wysokość 205 mm. Na palecie można je spiętrzać do 7
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 69 · MARZEC 2013
1. Niskanen K.: „Paper Physics”, FAPET Oy, Helsinki (2000), rozdz. 7.1.
Moisture in paper.
2. PN-ISO 287:1994. Papier i tektura – Oznaczanie zawartości wilgoci –
Metoda suszarki komorowej.
3. PN-ISO 2233:1997. Opakowania – Klimatyzowanie przed badaniami.
4. T 502, TAPPI Test Methods, TAPPI PRESS, Atlanta (1992).
5. Rounsley R .R.: “Multimolecular Adsorption Equation”, Am. Inst. Chem.
Eng. J. 7, 2, 308 (1961).
6. Głowacki K., Szewczyk W.: „Zawartość wilgoci w papierze”, Przegl.
Papiern. 67, 12, 751-754 (2011).
Artykuł recenzowany
157